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两种彩叶植物叶色表达相关机理研究

作　者: 许鑫科
导　师: 苑兆和
学　校: 山东农业大学
专　业: 园林植物与观赏园艺
关键词: 紫叶加拿大紫荆 ‘中华红叶杨’ 花青苷可溶性糖叶绿素 PAL CHI UFGT DFR
分类号: S687
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本研究以‘紫叶加拿大紫荆’(Cercis canadensis‘Forest Pansy’)和‘中华红叶杨’(Populus×euramericana‘Zhonghong’)为试材,通过对其叶片色素合成动态变化、相关物质动态变化、酶活性的研究以及‘紫叶加拿大紫荆’CHI基因克隆初步研究,对这两种彩叶树种叶片呈色的生理机制进行了初步探讨,并得出以下主要结论:(1)‘紫叶加拿大紫荆’和‘中华红叶杨’两种彩叶植物叶色表达期叶片中色素的总体变化规律相似。‘紫叶加拿大紫荆’叶片呈色期较长,从4月中旬～6月初。5月初气温较低,花青苷含量相对较高,5月底～6月初气温迅速升高,花青苷的含量下降,总叶绿素和类胡萝卜素含量迅速升高;而’中华红叶杨’的叶片呈色期较短,从4月中旬～5月上旬。‘紫叶加拿大紫荆’整个叶色表达期花青苷呈总体下降的“M”型趋势,‘中华红叶杨’花青苷含量呈升-降-升-降的变化趋势。(2)‘紫叶加拿大紫荆’和‘中华红叶杨’叶片颜色的变化主要是花青苷降解与叶绿素合成的结果,叶片的呈色取决于花青苷和总叶绿素的比例。当花青苷与总叶绿素的比例小于1:0.18时,‘紫叶加拿大紫荆’叶片开始由鲜亮的紫红色向暗红色转变,当比例小于1:1.92左右时叶片由暗红色转变为绿色;在‘中华红叶杨’中,当花青苷与总叶绿素的比例小于1:0.66时叶片开始由亮紫红色向暗红色转变,当比例小于1:3.23时叶片由暗红色转向绿色。(3)对‘紫叶加拿大紫荆’和‘中华红叶杨’叶色表达期叶片进行花青苷、叶绿素、类胡萝卜素和可溶性糖的测定,并进行相关性分析。结果表明,‘紫叶加拿大紫荆’叶片中类胡萝卜素、总叶绿素与花青苷均呈极显著的负相关,随着花青苷含量的降低,叶绿素和类胡萝卜素含量不断升高;可溶性糖与紫叶加拿大紫荆叶片中花青苷含量的相关性不显著。‘中华红叶杨’中,总叶绿素、类胡萝卜素与花青苷呈显著的负相关关系,可溶性糖含量与花青苷存在极显著的正相关关系,随着可溶性糖含量的降低,花青苷含量降低。(4)测定了两种彩叶树种叶色表达期叶片中花青苷含量,以及花青苷合成相关酶苯丙氨酸解氨酶(PAL)、查尔酮异构酶(CHI)、二氢黄酮醇还原酶(DFR)、类黄酮糖基转移酶(UFGT)活性的变化。结果表明,4月中旬～6月初,‘紫叶加拿大紫荆’叶片中花青苷含量下降了93%,‘中华红叶杨’叶片中花青苷含量下降81%。‘紫叶加拿大紫荆’叶色表达期,PAL酶活性与花青苷的含量呈三次曲线关系,CHI酶活性与花青苷的含量呈极显著的倒数曲线关系,随着CHI酶活性的升高,花青苷含量降低。DFR酶活性与花青苷的含量呈极显著的线性关系,随着DFR酶活性的升高,花青苷含量增加,随着DFR酶活性的降低,花青苷含量降低,UFGT酶活性与花青苷含量呈指数曲线关系;‘中华红叶杨’叶片转色期花青苷合成相关酶的活性变化研究结果表明,PAL酶活性与花青苷的含量呈二次曲线关系,当PAL酶活性小于625.84U·g-1FW时,花青苷含量随着PAL酶活性的降低而降低。CHI酶活性与花青苷含量存在“S”曲线关系,DFR酶活性与花青苷含量存在三次曲线关系,UFGT与花青苷的合成存在极显著的指数曲线关系,随着UFGT酶活性的降低,花青苷含量降低,UFGT酶活性较高时,花青苷含量也较高,因此提高其活性能提高‘中华红叶杨’叶片中花青苷的含量。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-13
1 引言  13-30
  1.1 彩叶植物的研究进展  13-18
    1.1.1 彩叶植物的定义与分类  13
    1.1.2 彩叶树叶片中色素的研究  13-14
    1.1.3 彩叶植物色彩发育过程中的形态解剖研究  14-15
    1.1.4 彩叶植物叶片呈色机理  15-16
    1.1.5 环境因子对叶片呈色的影响  16-17
    1.1.6 彩叶植物的应用  17-18
  1.2 花青苷及生物合成  18-26
    1.2.1 花青苷概述  18-19
    1.2.2 花青苷生物合成途径  19-20
    1.2.3 花青苷合成与糖的代谢  20-21
    1.2.4 花青苷合成过程中酶的调节  21-23
    1.2.5 花青苷合成过程中关键基因的克隆  23-26
  1.3 花青苷对植物适应环境的意义  26-28
    1.3.1 提高光保护能力  26
    1.3.2 提高抗冻能力  26-27
    1.3.3 提高抗旱能力  27
    1.3.4 提高抗氧化能力  27
    1.3.5 提高抗菌能力  27-28
  1.4 彩叶植物研究展望  28
  1.5 紫叶加拿大紫荆和中华红叶杨的概况  28-29
  1.6 本研究的目的与意义  29-30
2 试验材料与方法  30-36
  2.1 两种彩叶植物叶色表达期相关物质的动态变化  30
    2.1.1 试验材料  30
    2.1.2 色素含量的测定  30
    2.1.3 可溶性糖含量测定  30
  2.2 两种彩叶植物叶色表达期花青苷合成相关酶的活性变化  30-32
    2.2.1 试验材料  30-31
    2.2.2 PAL 和 CHI 酶活性的测定  31
    2.2.3 DFR 和 UFGT 酶活性的测定  31-32
  2.3 紫叶加拿大紫荆叶片中花青苷合成关键酶基因 CHI 克隆的初步研究  32-35
    2.3.1 试验材料  32
    2.3.2 叶片RNA 的提取方法  32-34
    2.3.3 反转录  34
    2.3.4 PCR 反应  34-35
    2.3.5 目的片段回收  35
  2.4 数据统计分析  35-36
3 结果与分析  36-51
  3.1 两种彩叶植物叶色表达期相关物质的动态变化  36-44
    3.1.1 色素含量动态变化  36-42
    3.1.2 可溶性糖含量变化动态  42-43
    3.1.3 叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖含量与花青苷的相关分析  43-44
  3.2 两种彩叶植物花青苷合成相关酶的活性变化  44-49
    3.2.1 紫叶加拿大紫荆叶色表达期相关酶活性动态变化  44-45
    3.2.2 中华红叶杨叶色表达期相关酶活性动态变化  45-48
    3.2.3 两种彩叶植物花青苷含量及其相关酶活性的相关性分析  48-49
  3.3 紫叶加拿大紫荆叶片CHI 基因克隆的初步研究  49-51
    3.3.1 叶片RNA 的提取  49-50
    3.3.2 RT-PCR  50-51
    3.3.3 目的片段回收  51
4 讨论  51-56
  4.1 两种彩叶植物叶色表达期色素含量的动态变化  51-52
  4.2 两种彩叶植物叶色表达期相关物质的相关性  52-53
  4.3 两种彩叶植物叶色表达期花青苷合成相关酶的活性变化  53-55
  4.4 紫叶加拿大紫荆花青苷合成关键基因 CHI 克隆的初步研究  55-56
5 结论  56-58
参考文献  58-71
致谢  71-72
攻读硕士学位期间发表的论文  72

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